流体力学/全国高等农林院校“十一五”规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭维东 编

图书标签:

• 流体力学
• 农林院校
• 高等教育
• 教材
• 理工科
• 工程
• 物理学
• 水利学
• 流体动力学
• 十一五规划教材

出版社： 中国农业出版社

ISBN：9787109133280

版次：1

商品编码：12013040

包装：平装

丛书名： 全国高等农林院校“十一五”规划教材 ，

开本：16开

出版时间：2009-02-01

用纸：胶版纸

页数：314

字数：490000

正文语种：中文

内容简介

　　《流体力学/全国高等农林院校“十一五”规划教材》作为高等院校土木工程、机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化、环境工程的教材，全书共分十章，包括：绪论、流体静力学、流体运动学、流体动力学基础、流动形态及水头损失、量纲分析和流动相似原理、管道恒定流、明渠均匀流、渗流、气体动力学基础。各章后附有思考题、习题及答案。
　　《流体力学/全国高等农林院校“十一五”规划教材》也可以作为交通运输、农业建筑环境与能源工程、农业工程、建筑环境与设备工程专业及相关专业本科学生和技术人员参考用书。

内页插图

目录

第1章 绪论
第一节 流体的定义及物理属性
一、流体定义
二、流体的物理属性
第二节 流体力学及其发展概况
一、流体力学的研究内容
二、流体力学的发展概况
第三节 流体质点、微团、连续介质、流场概念
一、流体质点
二、连续介质
三、流体微团
四、流场
第四节 流体的主要物理性质
一、流体的密度、比体积和相对密度
二、流体的压缩性和膨胀性
三、流体的黏滞性、牛顿内摩擦定律
四、液体的表面张力与汽化压强
第五节 作用于流体上的力
一、表面力
二、质量力
第六节 流体力学的研究方法
一、科学试验法
二、理论分析法
三、数值计算法
思考题
习题及答案

第2章 流体静力学
第一节 引言
第二节 流体静压强及其特性
一、流体静压强的概念
二、流体静压强的特性
第三节 流体平衡微分方程
一、流体平衡微分方程
二、压强微分方程式和质量力的势函数
第四节 重力场中的平衡流体
一、液体静力学基本方程的两种表达式
二、气体压强的分布
第五节 压强的表示方法和量测原理
一、压强的表示方法
二、静压强的计量单位
三、流体静压强的测量
第六节 液体的相对平衡
一、等加速水平直线运动容器中液体的相对平衡
二、等角速度旋转容器中液体的相对平衡
第七节 液体作用在平面上的总压力
一、解析法
二、图解法
第八节 液体作用在曲面上的总压力
一、作用在二维曲面（柱面）上的总压力
二、压力体
三、作用于一般曲面（三维曲面）上的作用力
四、液体作用于潜体和浮体上的总压力
思考题
习题及答案

第3章 流体运动学
第一节 引言
第二节 描述流体运动的两种方法
一、拉格朗日法
二、欧拉法
第三节 流体运动的基本概念
一、恒定流与非恒定流
……
第4章 流体动力学基础
第5章 液流形态及水头缺失
第6章 量纲分析与流动相似原理
第7章 管道恒定流动
第8章 明渠恒定均匀流
第9章 渗流
第10章 气体动力学基础
主要参考文献

前言/序言

　　本书是根据30～70'学时的《流体力学教学大纲》编写的，可作为土木工程、机械设计制造及自动化、环境工程类及相关专业的流体力学教材使用，也可供有关技术人员作为参考书。
　　本书编写的指导思想是为适应21世纪高等教育面临的新形势，结合高等院校尤其农林院校工科专业特点，以培养和造就创造性复合型人才为宗旨，为土木、机械、环工类等专业提供优秀教材。
　　本教材特点：
　　（1）编写力争做到充分反映近年来的教改成果，尽可能达到工科其他优秀教材的深度和广度，例题、习题等注意结合工程实际。
　　（2）每章前有导读，章末有思考题、习题；并附习题答案。
　　（3）适应面较广，以满足不同学时、不同专业的需求。
　　（4）注意与相关课程的融会、贯通、渗透，并以培养学生自学能力、独立思考问题的能力、举一反三的能力为基本出发点。
　　全书共分十章，其中绪论、流体静力学、流体运动学、流体动力学基础、流动形态及水头损失、量纲分析和流动相似原理、管道恒定流、气体动力学基础是各专业的共同必修部分。而明渠均匀流和渗流为供不同专业选学部分；不带*号的条目是本课程的基本内容，有*号的条目是扩展内容，这部分内容在教学中可以精简或删削。
　　本教材由郭维东任主编；裴国霞、时晓燕、陈振宇任副主编；参编人员及编写分工如下：第一章郭维东，第二章迟媛，第三章裴国霞，第四章陈振宇，第五章赵春花，第六章裴国霞，第七章杨吉民，第八章郭维东、梁岳，第九章杨丽萍，第十章时晓燕。
　　本教材承蒙武汉大学槐文信教授审阅，提出了许多宝贵意见，沈阳农业大学于冰、陈娟、李影卓、郭文卓、陈海山、魏爽、张久昌硕士承担了部分插图和文字校对工作，在此表示诚挚感谢。
　　限于编者水平，本书中的错误和疏漏在所难免，热忱期望读者批评指正。

经典力学导论：构建物理世界的基石 本书特色：严谨的数学推导，清晰的物理图像，面向工程应用的广阔视野。 第一部分：质点动力学——运动的本质 本书从最基础的质点运动学开始，为读者构建起描述宏观物体运动的数学框架。我们不急于引入复杂的场论，而是聚焦于牛顿三大定律在不同参考系下的精确应用。 第一章 运动学的描述与坐标系的选择 本章深入探讨了描述空间运动的基本工具。我们首先回顾了笛卡尔坐标系下的一般运动学公式，重点分析了速度和加速度的矢量性质。随后，为了更好地理解曲线运动，我们详细阐述了自然坐标系（切向和法向）在分析沿预定轨迹运动物体时的优越性，特别是如何简洁地表达法向加速度与曲率半径的关系。此外，为了处理旋转问题，本章引入了极坐标系和柱坐标系，并推导了它们在非惯性系下的速度和加速度表达式，为后续处理刚体运动打下坚实基础。我们通过大量的实例（如斜抛运动的精确分析、圆周运动的动力学分析）来巩固这些概念。 第二章 牛顿定律与守恒原理 牛顿运动定律是经典力学的核心。本章首先对这三定律进行了严谨的物理和数学阐述，特别是强调了“力是矢量”和“瞬时性”的概念。我们花了大量篇幅讨论了惯性系与非惯性系，详细分析了在旋转参考系中引入的惯性力（科里奥利力和离心力），并将其应用于地球上的运动分析，为理解宏观尺度下的物理现象（如大气环流的初步概念）做铺垫。 随后，我们转向能量和动量的概念。动量定理被用来处理变质量系统的问题，例如火箭的推进原理。功能原理作为能量守恒的积分形式，被系统地推导出来。我们详细区分了保守力和非保守力，并导出了保守力场的势能函数，从而引出了机械能守恒定律。本章特别强调了守恒定律作为物理规律的普适性和深刻性，它们往往比直接应用牛顿第二定律更具洞察力。 第三章 振动与波动基础 本章聚焦于一维系统中的周期性运动，这是理解复杂动态系统的基础。我们对简谐振动（SHM）进行了全面的数学描述，从微分方程的求解到相位和振幅的物理意义。随后，我们引入了阻尼振动和受迫振动，详细分析了共振现象的物理机制及其在工程中的重要性，通过复数表示法简化了计算过程。 在此基础上，本章扩展到一维波动现象。我们导出了一维波动方程，并讨论了行波和驻波的解。通过对边界条件的分析，我们探讨了反射、折射以及波的叠加原理，为后续理解声波和电磁波（虽然不深入讨论电磁场本身）的传播特性提供了动力学基础。 第二部分：刚体动力学——扩展到形变的约束 在第二部分，我们将研究体的尺度增大，考虑物体的形状和大小不再是理想化的点。这要求引入刚体的概念，这是连接质点动力学与连续介质力学的关键桥梁。 第四章 刚体的运动学 刚体运动被分解为平动和绕固定轴的转动。本章首先定义了刚体运动的自由度，并引入了角位移、角速度和角加速度，以及它们与线运动量的关系。我们详细讨论了瞬时转动轴的概念，这对于描述任意刚体运动至关重要。本章的重点在于欧拉角——描述刚体在三维空间中任意姿态的三个独立角度，并探讨了欧拉角在描述陀螺仪等复杂运动中的应用与局限性。 第五章 刚体的动力学 刚体的动力学核心在于转动定律。本章定义了力矩（或转矩），并导出了牛顿第二定律的转动形式：$mathbf{M} = frac{dmathbf{L}}{dt}$。为了简化计算，我们引入了转动惯量的概念，并详细推导了平行轴定理和主轴定理。通过大量的案例分析，如飞轮的加速与制动、滚体的滚动等，展示了如何利用转动惯量来预测刚体的旋转响应。 最后，本章引入了角动量守恒定律，并将其应用于无外力矩作用下的系统，如花样滑冰运动员收紧手臂后的加速旋转，或者行星的轨道运动（虽然轨道运动更精确地属于万有引力范畴，但角动量守恒是其内在的动力学表现）。 第三部分：拉格朗日力学——从力到能量的升华 为了解决约束复杂的系统（如多连杆机构、摆的复杂运动）和非惯性系下的问题，我们引入了更抽象、更强大的分析力学工具——基于能量的描述。 第六章 约束与广义坐标 本章首先系统地分类了约束：几何约束与动力学约束，完整约束与非完整约束，以及光滑约束。对于完整约束，我们展示了如何通过选择一组广义坐标来消除约束方程，从而降低系统的自由度。这是从牛顿力学向分析力学过渡的关键一步。我们用拉格朗日中性语言描述了这些坐标的独立性。 第七章 变分原理与拉格朗日方程 变分原理是分析力学的核心。本章从达朗贝尔原理出发，自然地过渡到最小作用量原理（哈密顿原理）。我们详细介绍了欧拉-拉格朗日方程的推导过程，并解释了拉格朗日量 $L = T - V$ 在描述系统动态行为中的核心作用。我们通过求解复杂摆（如复摆）的运动方程来展示拉格朗日方法的威力，这些方程在牛顿方法下会异常复杂。 第八章 对称性、守恒量与哈密顿力学初探 本章深入探讨了拉格朗日量中蕴含的深层物理规律。利用诺特定理（Noether's Theorem），我们将系统的对称性（如时间平移不变性对应能量守恒，空间平移不变性对应动量守恒，空间旋转不变性对应角动量守恒）与守恒量建立了严格的数学联系。 最后，本章简要引出了哈密顿力学。通过勒让德变换，我们将描述方程从二阶微分方程（拉格朗日方程）转换为一组一阶微分方程组——哈密顿正则方程。这不仅为后续的量子力学奠定了数学基础，也为求解复杂的正则变换问题提供了起点。 附录：微积分基础回顾与向量代数 为确保不同背景的读者能够顺畅学习，附录回顾了必要的矢量运算、张量的基本概念，以及微分方程求解的基础方法（如常系数线性微分方程的通解形式）。 本书旨在为学习高级物理学和工程力学（如结构动力学、振动控制、航天动力学）的学生提供一个扎实、完整的经典力学基础框架，强调从直观的力概念到抽象的能量概念的完整过渡。

评分☆☆☆☆☆

作为一本面向农林院校的规划教材，这本书在选择案例和应用侧重点上，体现出了极其鲜明的行业特色，这一点让我这个相关专业的学生感到非常受用。它并没有一味地堆砌航空航天或传统的机械工程中的复杂案例，而是花了大量的篇幅来讨论与环境、农业和水利相关的课题。比如，在讲解渗流和多孔介质流动时，书中详细分析了土壤中的水分迁移规律，这对理解灌溉效率和地下水污染扩散至关重要。此外，关于风载荷对林木结构稳定性的影响分析，以及小型水利设施中的水力设计，都有专门的章节进行深入探讨，并且提供了可以直接套用的工程简化模型。这种“接地气”的处理方式，避免了知识的悬空和脱节。我深切地感受到，编写者并非是简单地将通用流体力学教材进行删减或替换章节名称，而是真正站在我们未来工作场景的角度，重新组织和筛选了知识的优先级。这种定制化的内容结构，极大地提升了学习的针对性和应用价值，让人清晰地知道所学知识未来将如何服务于具体的工程实践。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量，相较于许多年代久远或更新缓慢的教材来说，显得相当专业和现代化。它没有采用那种密密麻麻、让人眼花缭乱的文本堆砌，而是合理地运用了留白和分栏结构。在介绍复杂的数学推导时，作者常常将关键的变量替换或积分步骤用不同的颜色或字体突出显示，使得冗长的公式推导过程变得清晰可辨，极大地降低了阅读的认知负荷。尤其让我赞赏的是那些三维流场示意图。例如，在讲解湍流结构时，书中呈现的涡量和速度梯度图谱，不仅色彩运用得当，而且对于关键的流动特征区域（如分离点、回流区）进行了明确的标注和解释，这比单纯的文字描述要直观得多。我过去在学习流体力学时，最大的障碍之一就是难以在二维的纸面上构建起三维流动的想象。但这本教材通过高质量的图形化表达，有效地弥补了这一缺陷。即便是那些涉及复杂张量分析的部分，作者也通过巧妙的二维截面图，将高维度的物理量变化关系投影到了我们熟悉的平面上，使得抽象的数学工具能够更贴合实际的物理意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得非常朴实，带着一种经典的教材气息，但翻开内页，才发现其内容的广博与精深程度远超我的预期。我最初拿到它，是抱着一种“应付考试”的心态，毕竟“十一五”规划教材这个名头，总让人觉得是中规中矩的教辅读物。然而，导论部分对于流体力学基本概念的梳理，那种循序渐进的逻辑铺陈，简直像一位经验老到的老教授在为你拨开迷雾。它没有一开始就抛出那些令人望而生畏的复杂方程，而是从宏观的流体静力学讲起，配合大量的工程实例，让人立刻就能感受到这些理论是如何在现实世界中发挥作用的。比如，关于伯努利方程的推导和应用，书中不仅给出了严谨的数学证明，还穿插了水坝设计和管道输送中的实际案例分析，这种理论与实践的紧密结合，极大地增强了学习的趣味性和目的性。特别是那些涉及到粘性和边界层理论的章节，作者的处理方式非常细腻，即便是初学者，也能通过清晰的图示和生动的比喻，把握住这些抽象物理现象的本质。我对其中关于流场可视化的讨论印象尤为深刻，它不仅仅是技术的介绍，更是一种科学思维方式的引导，教会我们如何“看”到那些看不见的流动。这本书无疑为我打开了一扇通往流体力学世界的坚实大门。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书后，我立刻被其详尽的习题设计和配套的解析思路所吸引，这对于自学来说简直是雪中送炭。很多教材的例题往往只是简单地套用公式，但这本书的巧妙之处在于，它设置了大量具有挑战性、需要综合运用多个知识点才能解决的综合题。我记得有一次，我卡在一个关于非牛顿流体在复杂几何管道中流动的计算题上，冥思苦想了两天。当我翻到书后附带的详细解答部分时，我发现作者并没有直接给出最终答案，而是先用几句话点明了应该首先考虑哪些物理模型和边界条件，然后才一步步展示了如何构建和求解偏微分方程组。这种引导式的解题方法，远比直接给出答案要高明得多，它迫使读者去思考“为什么”选择这个模型，而不是仅仅记住“怎么做”这个步骤。此外，书中还穿插了一些“思考题”，这些问题往往没有标准答案，但要求你基于所学知识对一个工程现象进行定性或半定量的分析。这种鼓励批判性思维的编排方式，让我感觉自己不仅仅是在学习一门工程学科，更是在接受一种科学探究方法的训练。可以说，这本书的习题部分，其价值几乎等同于课程本身。

评分☆☆☆☆☆

这本书在理论深度上的把握拿捏得非常精准，它成功地在“过度简化”和“过度理论化”之间找到了一个黄金平衡点。很多入门级的教材为了追求易懂，会牺牲掉理论的严谨性，而一些高阶教材又过于侧重数学形式而忽略了物理直觉的培养。这本书则不然，它在引入诸如雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）时，非常审慎地解释了“平均”这个操作带来的物理意义上的损失，并清晰地界定了模型适用性的边界。更妙的是，它并没有止步于理论的阐述，而是立刻转向了对各种湍流模型的实际应用效果的比较分析，例如$k-epsilon$模型和$k-omega$模型的优缺点，以及它们在不同壁面边界条件下的表现差异。这种带着批判眼光审视现有工具的做法，培养了一种健康的研究生应有的素养——认识到任何模型都是一种近似。因此，这本书不仅教授了我们知识，更重要的是，它教会了我如何带着怀疑精神去应用这些知识，如何根据工程问题的性质选择最合适的理论工具，这对于我后续的进阶学习和研究工作来说，是无价的财富。